2020年高考物理100考点最新模拟题千题精练 专题6.16 与体育娱乐相关的功能问题(解析版).doc
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1、2020年高考物理100考点最新模拟题千题精练第六部分 机械能专题6.16与体育娱乐相关的功能问题一选择题1.(6分)(2019陕西榆林四模)乘坐摩天轮观光是广大青少年喜爱的一种户外娱乐活动,如图所示,某同学乘坐摩天轮随座舱在竖直面内做匀速圆周运动。下列说法正确的是()A该同学运动到最低点时,座椅对他的支持力大于其所受重力B上升程中,该同学所受合外力为零C摩天轮转动过程中,该同学的机械能守恒D摩天轮转动一周的过程中,该同学所受重力的冲量为零【参考答案】A【名师解析】圆周运动过程中,由重力和支持力的合力提供向心力F,在最低点,向心力指向上方,所以FNmg,则支持力Nmg+F,所以支持力大于重力,
2、故A正确,B错误;机械能等于重力势能和动能之和,摩天轮运动过程中,做匀速圆周运动,乘客的速度大小不变,则动能不变,但高度变化,所以机械能在变化,故C错误;转动一周,重力的冲量为ImgT,不为零,故D错误。2.(2017天津卷)“天津之眼”是一座跨河建设、桥轮合一的摩天轮,是天津市的地标之一。摩天轮悬挂透明座舱,乘客随座舱在竖直面内做匀速圆周运动。下列叙述正确的是( )A.摩天轮转动过程中,乘客的机械能保持不变B.在最高点,乘客重力大于座椅对他的支持力C.摩天轮转动一周的过程中,乘客重力的冲量为零D.摩天轮转动过程中,乘客重力的瞬时功率保持不变【参考答案】B 【名师解析】乘客的机械能包括动能和重
3、力势能,摩天轮做匀速圆周运动,所以动能不变,重力势能时刻改变,即机械能时刻改变,故A项错误;在最高点对乘客进行受力分析,列牛顿第二定律方程, 得所以,故B项正确;根据冲量,重力不为零,作用时间不为零,所以重力的冲量不为零,故C项错误;乘客重力的瞬时功率,指线速度和竖直方向的夹角,转动过程中、不变,角不断变化,重力瞬时功率不断变化,故D项错误。【分析】因为动能不变,重力势能时刻变化,判出机械能不断变化;根据牛顿第二定律计算重力与支持力的关系;冲量是力在时间上的积累,力的作用时间不为零,冲量就不为零;根据计算瞬时功率。3.如图所示,一根绳的两端分别固定在两座猴山的A、B处,A、B两点水平距离为16
4、m,竖直距离为2m,A、B间绳长为20m。质量为10kg的猴子抓住套在绳子上的滑环从A处滑到B处。以A点所在水平面为参考平面,猴子在滑行过程中重力势能最小值约为(绳处于拉直状态)( )A.-1.2103 JB.-7.5102 JC.-6.0102 JD.-2.0102 J【参考答案】B 【名师解析】猴子的动能最大时重力势能最小,猴子的加速度为零时速度最大,动能最大,此时猴子受力平衡则可以得到下面的几何关系:绳长AC+BC=AF=20m,又MF=16m,由勾股定理得AM=12m,而AB竖直距离为2m,则BF=10m,D为BF中点,BD=5m,C和D等高,则A、C的竖直高度差为7m,此时猴子的重力
5、势能为:Ep= mgh=(-71010)J=-700J,与B最接近,故B正确,A、C、D错误;【分析】猴子下滑过程中,只有动能和重力势能相互转化,机械能守恒,动能最大时重力势能最小;合力为零时速度最大。4(6分)(2019湖南衡阳二模)2019年春晚在舞春海)中拉开帷幕。如图所示,五名领舞者在钢丝绳的拉动下以相同速度缓缓升起,若五名领舞者的质量(包括衣服和道具)相等,下面说法中正确的是()A观众欣赏表演时可把领舞者看作质点 B2号和4号领舞者的重力势能相等C3号领舞者处于超重状态 D她们在上升过程中机械能守恒 【参考答案】B【名师解析】研究物体的运动时,当物体的大小和形状对所研究的问题没有影响
6、或影响可忽略不计时,可以把物体当作质点。观众欣赏表演时,要看动作,不能把领舞者看作质点,故A错误;根据质量和高度关系分析重力势能关系。2号和4号领舞者的质量相等,高度相同,则重力势能相等,故B正确;根据加速度方向分析3号领舞者的状态。3号领舞者缓缓升起,处于平衡状态,故C错误;只有重力做功时,单个物体的机械能才守恒。她们在上升过程中,钢丝绳的拉力对她们做功,所以她们的机械能不守恒,故D错误。二计算题1(12分)(2019浙江协作校联考)跳台滑雪运动员脚着专用滑雪板,不借助任何外力,从起滑台起滑,在助滑道上获得高速度,于台端飞出,沿抛物线在空中飞行,在着陆坡着陆后,继续滑行至水平停止区静止。如图
7、所示为一简化后的跳台滑雪的雪道示意图。助滑坡由倾角为=37斜面AB和半径为R1=10m的光滑圆弧BC组成,两者相切于B。AB竖直高度差h1=30m,竖直跳台CD高度差为h2=5m,着陆坡DE是倾角为=37的斜坡,长L=130m,下端与半径为R2=20m光滑圆弧EF相切,且EF下端与停止区相切于F。运动员从A点由静止滑下,通过C点,以速度vc=25m/s水平飞出落到着陆坡上,然后运动员通过技巧使垂直于斜坡速度降为0,以沿斜坡的分速度继续下滑,经过EF到达停止区FG。若运动员连同滑雪装备总质量为80kg。(不计空气阻力,sin37=0.6,cos37=0.8,g=10m/s2)求:(1)运动员在C
8、点对台端的压力大小;(2)滑板与斜坡AB间的动摩擦因数;(3)运动员落点距离D多远;(4)运动员在停止区靠改变滑板方向增加制动力,若运动员想在60m之内停下,制动力至少是总重力的几倍?(设两斜坡粗糙程度相同,计算结果保留两位有效数字)【名师解析】. (12分)(1)(3分)由牛顿第二定律:Fc-mg= 1/ Fc =5800N 1/根据牛顿第三定律,运动员对台端压力大小5800N 1/(2)(3分)从A点到C点,由动能定理得;mgh1-mgcos+mgR1(1-cos) =mvc2 2/得 =3/160 1/ (3)(4分)运动员离开C点后开始做平抛运动到P点xP=vt 1/ yP=gt2/2
9、 1/ 1/xP/ SP = cos 得 SP=125m t=4s 1/ (4) (2分)从落点P到最终停下P点沿斜坡速度 vp=vCcos+gtsin=44m/s 1/mg(L-xp) sin- mg(L-xp)cos+ mgR2(1-cos)-fd =0-mvP2 得 f1383N故 f/mg1.7 1/3.滑板运动是一项惊险刺激的运动,深受青少年的喜爱。下图是滑板运动的轨道,AB和CD是一段圆弧形轨道,BC是一段长l7 m的水平轨道。一运动员从AB轨道上的P点以vP6 m/s的速度下滑,经BC轨道后冲上CD轨道,到Q点时速度减为零。已知h1.4 m,H1.8 m,运动员的质量m50 kg
10、,不计圆弧轨道上的摩擦,取g10 m/s2 , 求:(1)运动员第一次经过B点时的速率是多少? (2)运动员与BC轨道的动摩擦因数为多大? 【名师解析】(1)以水平轨道为零势能面,从A点到B点的过程中,由机械能守恒定律得 解得: (2)从B点到Q点的过程中,由动能定理得,得0.2。 【分析】(1)对P、B两点列动能定理的方程或机械能守恒方程即可求解。(2)对物体在P、Q两点间的运动列动能定理即可,需要注意的是中间过程有三段,对物体做正功还是做负功需要明确。4.如图所示,摩托车做腾跃特技表演,沿曲面冲上高0.8m顶部水平高台,接着以v=3m/s水平速度离开平台,落至地面时,恰能无碰撞地沿圆弧切线
11、从A点切入光滑竖直圆弧轨道,并沿轨道下滑。A、B为圆弧两端点,其连线水平。已知圆弧半径为R=1.0m,人和车的总质量为180kg,特技表演的全过程中,阻力忽略不计。(计算中取g=10m/s2,sin53=0.8,cos53=0.6)。求:(1)从平台飞出到A点,人和车运动的水平距离s; (2)从平台飞出到达A点时速度及圆弧对应圆心角; (3)人和车运动到圆弧轨道最低点O此时对轨道的压力。 【名师解析】(1)车做的是平抛运动,很据平抛运动的规律可得竖直方向上 水平方向上s=vt2 则 (2)摩托车落至A点时,其竖直方向的分速度vy=gt2到达A点时速度 解得:vA=5m/s设摩托车落地时速度方向
12、与水平方向的夹角为 , 则即=53(3)车从A到O,利用动能定理可得:,并利用向心力表达式:,可计算在最低点压力大小为7740N。 【分析】平抛运动高度决定时间,并结合初速度计算平抛水平位移;由于切线进入轨道,故速度与轨道相切,可根据A点速度方向判断圆心角;最后利用功能关系计算到O点速度,利用圆周运动向心力公式计算轨道支持力大小。5.(2018鹰潭模拟)如图所示是某游乐场过山车的娱乐装置原理图,弧形轨道末端与一个半径为R的光滑半圆轨道平滑连接,两辆质量均为m的相同小车(大小可忽略),中间夹住一轻弹簧后连接在一起,两车从光滑弧形轨道上的某一高度由静止滑下,当两车刚滑入半圆最低点时连接两车的挂钩突
13、然断开,弹簧将两车弹开,其中后车刚好停下,前车沿半圆轨道运动恰能越过半圆轨道最高点,求: (1)前车被弹出时的速度。(2)前车被弹出的过程中弹簧释放的弹性势能。(3)两车从静止下滑到最低点的高度h。【名师解析】(1)设前车在最高点速度为v2,依题意有:mg=m设前车在最低位置与后车分离后速度为v1,根据机械能守恒得: m m v22+mg2R=m v12解得:v1=(2)设两车分离前速度为v0,由动量守恒定律得:2mv0=mv1解得:v0=设分离前弹簧弹性势能为Ep,根据系统机械能守恒得:Ep=m v12-2m v02=1.25mgR (3)两车从h高处运动到最低处机械能守恒,则:2mgh=2
14、m v02解得:h=5R/86(2018福建质检)高空杂技表演中,固定在同一悬点的两根长均为L的轻绳分别系着男、女演员,他们在同一竖直面内先后从不同高度相向无初速摆下,在最低点相拥后,恰能一起摆到男演员的出发点。已知男、女演员质量分别为M、m,女演员的出发点与最低点的高度差为,重力加速度为g,不计空气阻力,男、女演员均视为质点。(1)求女演员刚摆到最低点时对绳的拉力大小。(2)若两人接着从男演员的出发点一起无初速摆下,到达最低点时男演员推开女演员,为了使女演员恰能回到其最初出发点,男演员应对女演员做多少功?【答案】(1)2mg(2)W = 【考查内容】本题以杂技表演实际情境为背景,主要考查重力
15、做功与重力势能,动能和动能定理,功能关系、机械能守恒定律及其应用,匀速圆周运动的向心力,牛顿运动定律及其应用,动量守恒定律及其应用等知识。侧重考查推理能力和分析综合能力,要求考生能够根据杂技表演实际情境建立物理模型,能够对男女演员的运动过程进行具体分析和推理,弄清最低点时的受力情况、运动情况和满足动量守恒条件,会把各个过程满足的规律正确表达出来,并能运用数学知识运算得到正确结果。体现圆周运动观念、构建碰撞模型和科学推理等物理核心素养的考查。【试题分析】本题求解需先根据试题描述的实际问题情境构建物理模型,画出示意图如图。LO女演员男演员Mm最低点(1)明确研究对象及过程,女演员从初始位置到最低点
16、的过程,满足机械能守恒mg = mv12,可求出最低点的速度大小,在最低点时,对女演员受力分析,由牛顿第二定律F-mg = 可求得轻绳对女演员的拉力大小,再根据牛顿第三定律,可求得结果。考生易犯错误是受力分析对象不明确,认为轻绳对女演员的拉力就是女演员对轻绳的拉力。(2)男演员从初始位置摆至最低点的过程,满足机械能守恒Mgh = Mv22;男、女演员在最低点相拥后获得共同速度,水平方向满足动量守恒mv1-Mv2 = (m+M)v3;他们一起以相同速度摆到男演员的出发点,该过程机械能守恒 (m+M)gh = (m+M)v32;他们再一起从男演员的出发点摆至最低点的过程,仍满足机械能守恒,可求得两
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